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Research progress of space non-pyrotechnic low-shock connection and separation technology(SNLT):A review

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Chinese Journal of Aeronautics 2022年第11期35卷 113-154页

作者： honghao yue Yifei YANG Yifan LU Fei YANG Jun WU Qi RUAN Zongquan DENG State Key Laboratory of Robotics and System Harbin Institute of TechnologyHarbin 15000lChina

Space missions have become diversified in recent years, where connection and separation devices play a crucial role as key components of various spacecraft. Traditional pyrotechnic devices have the advantages of large carrying capacity, rapid motion and functional reliability. However,their shortcomings such as great release shock, poor safety, unrepeatability and other prominent defects make them unsuitable for new generation spacecraft such as microsatellites to separate at low shock or lock repeatedly, etc. Therefore, it is necessary to develop space non-pyrotechnic low-shock connection and separation devices(SNLD) which are required for advanced aerospace missions. In this paper, the progress of the research on space non-pyrotechnic low-shock connection and separation technology(SNLT) is summarized and reviewed. Proceed from the principle of reducing shock for non-pyrotechnic devices, present studies are classified from the perspective of actuating technology and systematic designing methods. For non-pyrotechnic actuating techniques,according to different driving sources, the separation devices are classified into several main categories: electric, magnetic, gas and thermal actuating devices. The actuation principle and application prospect of separation techniques are introduced and the working process, dimension and mechanical properties of typical devices are compared and evaluated. For the systematic designing method, the common mechanism types of SNLDs are summarized according to the designing concept of reducing shock. Then connection configurations are classified according to the structural forms of connection devices, of which the principles, bearing capacities and general applications are discussed. This paper systematically summarizes the key problems, puts forward the future development trend of SNLT, and points out the breakthrough direction for related scholars.

关键词： Connection Low-shock Non-pyrotechnic Separation Space

基于光-压电的非接触式弹性圆环独立模态控制

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机械工程学报 2012年第5期48卷 49-54,62页

作者：姜晶岳洪浩邓宗全 TZOU Hornsen 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 浙江大学航空航天学院杭州310027

在接近紫外波长的高能光束均匀照射下,极化的镧改性锆钛酸铅(PbLaZrTi,PLZT)铁电陶瓷具有反常的光生伏特效应,即在两极间会产生很高的电压。利用此电压信号来驱动层合于柔性板壳结构的压电作动器,可以实现对柔性板壳结构的非接触式控制... 详细信息

在接近紫外波长的高能光束均匀照射下,极化的镧改性锆钛酸铅(PbLaZrTi,PLZT)铁电陶瓷具有反常的光生伏特效应,即在两极间会产生很高的电压。利用此电压信号来驱动层合于柔性板壳结构的压电作动器,可以实现对柔性板壳结构的非接触式控制。为实现弹性圆环的非接触式独立模态控制,利用模态展开技术及振型函数的正交性设计余弦状正交模态作动器,并利用PLZT产生的电压来驱动层合于圆环上的聚偏二氟乙烯(Polymeric polyvinylidene fluoride,PVDF)压电模态作动器。在控制策略上采用速度反馈的定光强控制,通过模态速度符号来调节压电作动器与PLZT的连接方向,以实现作动器产生控制力的正/负切换。采用Newmark-β法对弹性圆环在不同光强下的动态响应进行数值仿真分析。仿真结果表明,在PLZT产生的电压信号的驱动下,压电作动器对系统产生的驱动力随光照时间成指数倍增加,且光照强度越大控制效果越好。

关键词：光生伏特效应正交模态作动器弹性圆环非接触式独立模态控制

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光控压电混合驱动特性及影响因素分析

机械工程学报 2017年第1期53卷 65-71页

作者：姜晶李晓楠岳洪浩邓宗全哈尔滨工业大学机械工程学院哈尔滨150001

提出光控压电混合驱动,即利用铁电陶瓷镧改性锆钛酸铅(PbLa Zr Ti,PLZT)在紫外光照射下产生的光电压驱动压电作动器。这种新型光控方式的研究实现了PLZT作动器的非接触激励、抗电磁干扰的光激励特性与压电作动器响应速度快等优势互补。... 详细信息

提出光控压电混合驱动,即利用铁电陶瓷镧改性锆钛酸铅(PbLa Zr Ti,PLZT)在紫外光照射下产生的光电压驱动压电作动器。这种新型光控方式的研究实现了PLZT作动器的非接触激励、抗电磁干扰的光激励特性与压电作动器响应速度快等优势互补。基于等效电学模型建立了在光-热-力-电等多能耦合作用下,压电作动器驱动电压及应变的本构模型;对作动器应变滞后性进行试验分析并与PLZT作动器进行了对比;对光控压电混合驱动的影响因素进行研究,探讨了光照强度、作动器电极表面面积、厚度等尺寸参数对作动器驱动电压的影响规律。

关键词： PLZT 光控压电混合驱动影响因素

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新型光电作动器产生的非均匀力矩对板的控制

机械工程学报 2010年第12期46卷 175-181页

作者：姜晶岳洪浩邓宗全 TZOU H S 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 肯塔基大学机械工程系

在特定波长的高能光束均匀照射下,镧改性锆钛酸铅(PLZT)铁电陶瓷由于在光电效应及逆压电效应的共同作用下会产生光致伸缩效应,可以实现对智能结构的非接触式精密激励。提出一种新的光致伸缩作动器的构型设计,它由4个单片的PLZT作动器构... 详细信息

在特定波长的高能光束均匀照射下,镧改性锆钛酸铅(PLZT)铁电陶瓷由于在光电效应及逆压电效应的共同作用下会产生光致伸缩效应,可以实现对智能结构的非接触式精密激励。提出一种新的光致伸缩作动器的构型设计,它由4个单片的PLZT作动器构成,由于每一片的不均衡的边界条件,此新型作动器可以产生不均匀的控制力及控制力矩,利用变分法计算出其控制力及控制力矩的近似分布曲线,利用模态扩展方法,分别计算此新型作动器对正方形板及矩形板的模态控制效果,计算作动器尺寸对控制效果的影响。通过与多自由度作动器的对比表明,此新型作动器由于会产生不均匀的控制力及控制力矩使它对板的某些模态的控制效果比多自由度作动器更好。

关键词：光致伸缩效应作动器构型板结构非接触精密控制

基于频域法的星箭连接分离装置的冲击载荷识别

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振动与冲击 2018年第17期37卷 79-85页

作者：张玉良杨飞岳洪浩邓宗全徐洋哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 东华大学机电工程学院上海201620

基于频域法动载荷识别原理,识别基于记忆合金驱动的星箭连接分离装置的三次冲击载荷。通过EEMD算法对测点冲击响应信号去噪及识别,可知频域法可以比较准确识别出星箭连接分离装置的三次冲击载荷,识别效果更具优势,实验结果也间接验证了... 详细信息

基于频域法动载荷识别原理,识别基于记忆合金驱动的星箭连接分离装置的三次冲击载荷。通过EEMD算法对测点冲击响应信号去噪及识别,可知频域法可以比较准确识别出星箭连接分离装置的三次冲击载荷,识别效果更具优势,实验结果也间接验证了方法的可行性与正确性。

关键词：星箭连接分离装置频域法冲击载荷识别 EEMD去噪

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空间机械臂力学模拟件的设计与优化

南京航空航天大学学报 2012年第4期44卷 532-537页

作者：刘俊秀邓宗全岳洪浩陈正生哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080

为降低机械臂进行地面力学实验时的成本,真实地反映机械臂的力学性能,提出一种机械臂等效力学特性的设计方法,并对机械臂力学模拟件的参数进行优化。根据机械臂的结构原理,对机械臂关节的轴承刚度、扭转刚度进行等效设计,通过目标达到... 详细信息

为降低机械臂进行地面力学实验时的成本,真实地反映机械臂的力学性能,提出一种机械臂等效力学特性的设计方法,并对机械臂力学模拟件的参数进行优化。根据机械臂的结构原理,对机械臂关节的轴承刚度、扭转刚度进行等效设计,通过目标达到法对机械臂力学模拟件的参数进行优化,将力学模拟件与机械臂各质量模块的质量、质心坐标、质心各方向转动惯量等关键参数进行对比并进行实验验证。结果表明,力学模拟件与机械臂各关节模块力学参数基本一致,力学模拟件能够满足实验要求,可降低力学环境实验成本。

关键词：机械臂力学模拟件多目标优化序列二次规划法

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空间机械臂收拢状态零重力模拟

机器人 2011年第1期33卷 9-15页

作者：高海波郝峰邓宗全刘振丁亮岳洪浩哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150080 哈尔滨工业大学宇航空间机构及控制国防科工委重点学科实验室黑龙江哈尔滨150080

利用吊丝配重法进行零重力模拟装置的结构设计,结合重力补偿原理推导出空间机械臂分离体静力学重力补偿计算公式,同时采用最小方差原理将多个力矩的优化问题转化为一个总体目标,建立了吊点力优化程序,通过该优化程序得到各吊点力的数值... 详细信息

利用吊丝配重法进行零重力模拟装置的结构设计,结合重力补偿原理推导出空间机械臂分离体静力学重力补偿计算公式,同时采用最小方差原理将多个力矩的优化问题转化为一个总体目标,建立了吊点力优化程序,通过该优化程序得到各吊点力的数值.当吊丝长度为1000mm时,利用ADAMS建立空间机械臂零重力模拟装置模型.当空间机械臂为静止状态时,吊点优化计算结果与仿真值相比,结果相对误差在10%左右;当空间机械臂各关节以0.5°/s和1°/s匀速运动时,零重力模拟装置对其产生的附加弯曲力矩和附加反转矩均未超过技术指标要求.因此,该方案可用于实际空间机械臂的零重力模拟.

关键词：空间机械臂零重力模拟吊点力优化 ADAMS仿真

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多维磁悬浮隔振系统动力学模型与控制策略

航空学报 2019年第6期40卷 153-163页

作者：武倩倩崔宁刘碧龙岳洪浩刘荣强青岛理工大学机械与汽车工程学院青岛266520 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

磁悬浮隔振系统具有非线性、强耦合、高响应、宽频带等特点,系统的隔振控制目标与其定子和浮子之间的位置约束相互制约,这对系统的精密控制提出了较大的挑战。为解决该问题,建立了面向控制的六自由度磁悬浮隔振系统非线性动力学模型,并... 详细信息

磁悬浮隔振系统具有非线性、强耦合、高响应、宽频带等特点,系统的隔振控制目标与其定子和浮子之间的位置约束相互制约,这对系统的精密控制提出了较大的挑战。为解决该问题,建立了面向控制的六自由度磁悬浮隔振系统非线性动力学模型,并提出了双闭环控制策略,使系统在低频到中高频带内实现隔振控制,在极低频带内实现跟踪控制。采用PD定点控制算法,在MATLAB/Simulink环境中开发了控制系统仿真程序,通过分析不同扰动频率下浮子的绝对运动响应以及定子与浮子之间的相对运动响应,获得了系统的隔振控制与跟踪控制仿真结果。搭建了磁悬浮隔振平台样机测试系统,验证了动力学模型的正确性和控制策略的有效性。

关键词：磁悬浮隔振动力学控制策略 PD定点控制

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空间薄膜结构刚柔耦合非线性动力学分析

中国空间科学技术 2022年第1期42卷 47-56页

作者：邵琦陆一凡史创岳洪浩刘荣强哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001

空间薄膜结构经历大范围刚体运动时,刚柔高度耦合的非线性动态响应极易发生,这将会降低结构几何精度,甚至影响设备正常工作。针对平面张拉式空间薄膜天线,建立了大范围运动的空间薄膜天线刚柔耦合非线性动力学有限元模型,描述了二阶效... 详细信息

空间薄膜结构经历大范围刚体运动时,刚柔高度耦合的非线性动态响应极易发生,这将会降低结构几何精度,甚至影响设备正常工作。针对平面张拉式空间薄膜天线,建立了大范围运动的空间薄膜天线刚柔耦合非线性动力学有限元模型,描述了二阶效应与刚柔耦合效应对结构刚度特性、阻尼特性以及载荷的作用。通过对模型的数值解算,讨论了刚体运动规律(初始速度、运动加速度)以及结构模态频率和阻尼对刚柔耦合响应的影响。结果表明,动态响应的频率和变形峰值均与刚体运动加速度和初速度正相关,而与阻尼负相关;随着结构基频的增加,动态响应频率提高,但最大变形减小。刚柔耦合非线性动力学建模方法及模型,将为柔性结构动力学分析及面型控制提供理论基础;刚柔耦合响应特性分析对机动运动规划设计与空间薄膜结构扰动规避具有重要参考价值。

关键词：空间薄膜结构非线性动力学刚柔耦合数值计算频响分析

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